RU2218971C1

RU2218971C1 - Film-type evaporator

Info

Publication number: RU2218971C1
Application number: RU2002120831/15A
Authority: RU
Inventors: В.М. Фирсов; Ю.В. Карасёв; В.А. Бакаев; В.И. Петрик; А.Н. Ступин; С.П. Климов; А.В. Киндеров; А.А. Лысов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Научно-исследовательский технологический институт"
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2003-12-20
Also published as: RU2002120831A

Abstract

FIELD: film-type evaporators used for performing heat exchange processes; food-processing, chemical, oil refining, metallurgical and other industries. SUBSTANCE: proposed film-type evaporator includes cylindrical housing, upper and lower end plates, upper and lower tube sheets, heat exchange tubes, film formers, inlet and outlet pipe unions for heating steam, condensate, vapor and liquid being treated which are mounted in upper plate together with pipe line made in form of coil connected with pipe union introducing liquid being treated; rectilinear section is secured between tube sheets; each heat exchange tube is rigidly fitted in active radiating packing and is located coaxially relative to axis of each ultrasonic transducer having central through hole at diameter equal to inner diameter of heat exchange tube and length equal to (nλ); lower and upper tube sheets lie in zones of minimum antinode, where n=(k+1), k-0,1,2,3 ; λ- is length of ultrasonic wave. Besides that, each film former of film-type evaporator is made in form of tube located in upper portion of end plate; it is rigidly fitted in active radiating packing coaxially relative to each ultrasonic transducer having central through hole at diameter equal inner diameter of film former tube and total length equal to (kλ), where k= 0, 1,2,3,..; λ- is length of ultrasonic wave. Length of film former together with active radiating packing may be equal to (k+1/4)λ, where k= 1,2,3 ; λ- is length of ultrasonic wave; helical grooves may be provided on outer and inner surfaces of heat exchange tubes and film formers; acoustic geometric sizes of film formers are at least half of said sizes of heat exchange tubes and length of wave is equal to

where λ₁ is length of ultrasonic wave of heat exchange tube; λ₂- of length of ultrasonic wave of film former. Each heat exchange tube of evaporator may be provided with bush made in form of separator with holes where rotating balls are secured; said separators are located coaxially relative to heat exchange tubes and are rigidly secured in them in zones of maximum antinode of oscillations. Besides that, bush-separator is rigidly fitted at end face of each heat exchange tube and rectilinear section of pipe line in upper portion of end plate; bush has holes where balls are secured for rotation. EFFECT: extended functional capabilities; enhanced efficiency; improved quality of liquids. 7 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к пленочным аппаратам, предназначенным для проведения процессов теплообмена в пищевой, химической, нефтеперерабатывающей, металлургической и других отраслях промышленности. The invention relates to film machines intended for carrying out heat transfer processes in the food, chemical, oil refining, metallurgical and other industries.

Известен пленочный испаритель по авт. свид. 1621994, МКИ В 01 D 1/22, 1991 г., содержащий напорную камеру, распределительный диск с отверстиями и полые пленкообразователи с отбортовкой в нижней части с калиброванными отверстиями, втулками, установленными в испарительных трубах, закрепленных в трубных решетках и проходящих через отверстия в распределительном диске. Known film evaporator ed. testimonial. 1621994, MKI B 01 D 1/22, 1991, containing a pressure chamber, a distribution disk with holes and hollow film formers with flanging in the lower part with calibrated holes, bushings installed in evaporation pipes, fixed in tube sheets and passing through holes in distribution disk.

Недостатком данного изобретения является необходимость поддержания контролируемого давления в напорной камере для обеспечения работоспособности аппарата. Тонкая пленка жидкости при отекании по стенкам трубы разрывается и превращается в струи, что резко сокращает поверхность испарения и уменьшает эффективность работы выпарного аппарата. К недостаткам относится также невозможность наложения ультразвуковых колебаний на пленкообразователи. The disadvantage of this invention is the need to maintain a controlled pressure in the pressure chamber to ensure the operability of the apparatus. A thin film of liquid during swelling along the walls of the pipe breaks and turns into jets, which dramatically reduces the evaporation surface and reduces the efficiency of the evaporator. The disadvantages also include the impossibility of applying ultrasonic vibrations to the film formers.

Известен пленочный испаритель, авт. свид. 1497819, МКИ В 01 D 1/22, 1994 г. , содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю, нижнюю и промежуточную трубные доски, теплообменные гибкие трубы, проходящие с зазором через отверстия в промежуточной трубной доске, распределители жидкости, установленные в зазоре, штуцера ввода и вывода раствора, греющего, вторичного пара и конденсата, пленкообразователи, выполненные в виде радиальных ребер, на боковой поверхности которых выполнены скосы, сходящиеся на их нижних концах, а ребра выполнены на внутренней поверхности отверстий в промежуточной трубной доске. Known film evaporator, ed. testimonial. 1497819, MKI B 01 D 1/22, 1994, containing a vertical cylindrical body, upper, lower, and intermediate tube plates, flexible heat exchange tubes passing through the gap through openings in the intermediate tube plate, liquid distributors installed in the gap, and an inlet fitting and the output of the solution, heating, secondary steam and condensate, film formers, made in the form of radial ribs, on the side surface of which are made bevels converging at their lower ends, and the ribs are made on the inner surface of the holes in the intermediate tube sheet.

Недостатком данного пленочного испарителя является то, что на применяемых гибких полимерных теплообменных трубах нельзя получить равномерное орошение труб по всему сечению аппарата из-за непрямолинейности их по всей длине. Кроме того, отсутствует возможность наложения на теплообменные трубы и пленкообразователи механических ультразвуковых колебаний. The disadvantage of this film evaporator is that it is impossible to obtain uniform irrigation of pipes over the entire cross section of the apparatus on the flexible polymer heat-exchange pipes used, because of their indirectness along the entire length. In addition, there is no possibility of applying mechanical ultrasonic vibrations to heat transfer tubes and film formers.

Известен пленочный испаритель, описанный в полезной модели 10107 (МКИ В 01 D 1/22, 1999 г. - выбран за прототип), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, торцевые крышки, верхнюю и нижнюю трубные доски, теплообменные трубы, пленкообразователи, установленные с зазором внутри верхних концов теплообменных труб, штуцера ввода и вывода обрабатываемой жидкости, греющего, вторичного пара и конденсата, трубопровод в виде змеевика, размещенный в нижней части корпуса, один конец которого соединен со штуцером ввода обрабатываемой жидкости, а другой, прямолинейный участок, закреплен между трубными досками и ввод обрабатываемой жидкости осуществляется в нижней крышке испарителя. A known film evaporator is described in utility model 10107 (MKI B 01 D 1/22, 1999 — selected as the prototype), comprising a vertical cylindrical body, end caps, upper and lower tube boards, heat transfer tubes, film former installed with a clearance inside the upper ends of the heat exchange pipes, the inlet and outlet of the processed fluid, heating, secondary steam and condensate, a coil-shaped pipe placed in the lower part of the housing, one end of which is connected to the inlet of the processed fluid, and the other a linear section is fixed between the tube plates and the input of the processed fluid is carried out in the bottom cover of the evaporator.

Недостатком данного пленочного испарителя является отсутствие возможности наложения на теплообменные трубы, пленкообразователи и прямолинейный участок трубопровода змеевика механических ультразвуковых колебаний. The disadvantage of this film evaporator is the lack of the possibility of applying mechanical ultrasonic vibrations to the heat exchanger tubes, film formers, and a straight section of the pipeline coil.

Технический эффект предлагаемого изобретения - расширение технологических возможностей, повышение эффективности и качества обрабатываемых жидкостей с различными вязкостями. The technical effect of the invention is the expansion of technological capabilities, increasing the efficiency and quality of the processed fluids with various viscosities.

Указанный технический эффект достигается тем, что в пленочном испарителе, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, торцевые крышки, верхнюю и нижнюю трубные доски, теплообменные трубы, пленкообразователи, выполненные в виде трубок, установленные с зазором внутри верхних концов теплообменных труб, штуцера ввода и вывода обрабатываемой жидкости, греющего, вторичного пара и конденсата, трубопровод в виде змеевика, размещенный в нижней части корпуса, один конец которого соединен со штуцером ввода обрабатываемой жидкости, а другой - прямолинейный участок, закреплен между трубными досками, а штуцер ввода обрабатываемой жидкости установлен в нижней торцевой крышке испарителя, согласно изобретению каждая теплообменная труба, расположенная между верхней и нижней трубными досками, в нижней части торцевой крышки жестко установлена в активную излучающую накладку и расположена соосно центральной оси каждого из введенных в устройство ультразвуковых преобразователей, имеющих центральное сквозное отверстие с диаметром, равным внутреннему диаметру теплообменной трубы, длиной L₁, равной nλ, причем нижняя и верхняя доски лежат в минимальных зонах пучности колебаний, где n= (k+1), k = 0, 1, 2, 3,..., λ - длина ультразвуковой волны.The specified technical effect is achieved by the fact that in a film evaporator containing a vertical cylindrical body, end caps, upper and lower tube boards, heat transfer tubes, film formers made in the form of tubes, installed with a gap inside the upper ends of the heat transfer tubes, the inlet and outlet of the processed fluid heating, secondary steam and condensate, a pipe in the form of a coil located in the lower part of the housing, one end of which is connected to the inlet of the processed fluid, and the other a non-linear section is fixed between the tube plates, and the fluid inlet nozzle is installed in the lower end cap of the evaporator, according to the invention, each heat transfer tube located between the upper and lower tube boards is rigidly mounted in the lower part of the end cap in an active emitting plate and is aligned with the central axis each of the ultrasound transducers introduced into the device having a central through hole with a diameter equal to the inner diameter of the heat exchanger pipe L ₁ equal to nλ, with the lower and upper boards lying in the minimum zones of the antinode of vibrations, where n = (k + 1), k = 0, 1, 2, 3, ..., λ is the length of the ultrasonic wave.

Технический эффект достигается и в том случае, когда каждый пленкообразователь в верхней части торцевой крышки жестко установлен в активную излучающую накладку соосно с центральной осью каждого из введенных в устройство ультразвуковых преобразователей, имеющих центральное сквозное отверстие с диаметром, равным внутреннему диаметру трубки пленкообразователя и общей длиной L₂, равной kλ, где k = 1, 2, 3,..., λ - длина ультразвуковой волны.The technical effect is also achieved in the case when each film former in the upper part of the end cap is rigidly mounted in the active emitting plate coaxially with the central axis of each of the ultrasonic transducers introduced into the device, having a central through hole with a diameter equal to the inner diameter of the film former tube and the total length L ₂ equal to kλ, where k = 1, 2, 3, ..., λ is the length of the ultrasonic wave.

Кроме того, технический эффект достигается и в том случае, когда каждый пленкообразователь совместно с активной излучающей накладкой ультразвукового преобразователя выполнен общей длиной L₃, равной (k+1/4)λ, где k=1,2,3,..., λ - длина ультразвуковой волны.In addition, the technical effect is achieved in the case when each film former together with the active emitting lining of the ultrasonic transducer is made with a total length L ₃ equal to (k + 1/4) λ, where k = 1,2,3, ..., λ is the ultrasonic wavelength.

Технический эффект достигается и в случае, когда на наружной и внутренней поверхностях теплообменных труб и пленкообразователей, а также на внутренней поверхности отверстий ультразвуковых преобразователей выполнены винтовые канавки. The technical effect is also achieved when helical grooves are made on the outer and inner surfaces of the heat exchange tubes and film former, as well as on the inner surface of the holes of the ultrasonic transducers.

Технический эффект достигается также в случае, когда акустически-геометрические размеры пленкообразователей в два раза меньше упомянутых размеров теплообменных труб, в том числе длины волн находятся в соотношении:

где λ₁ - длина ультразвуковой волны теплообменной трубы;
λ₂ - длина ультразвуковой волны пленкообразователя.The technical effect is also achieved in the case when the acoustic-geometric dimensions of the film former are two times smaller than the mentioned dimensions of the heat exchange tubes, including the wavelengths in the ratio:

where λ ₁ is the ultrasonic wavelength of the heat exchange tube;
λ ₂ - the length of the ultrasonic wave of the film former.

Технический эффект достигается в случае, когда каждая теплообменная труба снабжена втулками, выполненными в виде сепараторов с отверстиями, с закрепленными в них шариками, имеющими возможность вращения, причем сепараторы расположены соосно теплообменным трубам и закреплены на их внутренней поверхности в зонах максимальной пучности колебаний. The technical effect is achieved when each heat exchanger tube is equipped with bushings made in the form of separators with holes, with balls fixed therein that can be rotated, the separators being located coaxially with the heat exchange tubes and fixed on their inner surface in areas of maximum antinode vibrations.

Технический эффект достигается также и в том случае, когда на торце каждой теплообменной трубы и прямолинейного участка трубопровода в верхней части торцевой крышки установлена втулка-сепаратор с расположенными в ней отверстиями на торце, в которых закреплены шарики, имеющие возможность вращения. The technical effect is also achieved when at the end of each heat transfer pipe and a straight section of the pipeline in the upper part of the end cover there is a separator sleeve with holes located in it at the end, in which balls are rotatable.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 показан пленочный испаритель, общий вид, на фиг.2 - ультразвуковой преобразователь, на фиг.3 - пленкообразователь, на фиг. 4 - пленкообразователь, сечение А-А, фиг.5 - варианты исполнения пленкообразователя. The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a film evaporator, a General view, figure 2 is an ultrasonic transducer, figure 3 is a film former, in fig. 4 - film former, section AA, figure 5 - options for the performance of the film former.

Пленочный испаритель состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, верхних и нижних торцевых крышек 2 и 3, верхней 4 и нижней 5 трубных досок, теплообменных труб 6, пленкообразователей 7, выполненных в виде трубок и установленных с зазором 8 внутри верхних концов теплообменных труб 6, из штуцера ввода 9, вывода 10 обрабатываемой жидкости, из штуцера ввода 11 и вывода 12 греющего пара, из штуцера вывода конденсата 13, из штуцера вывода вторичного пара 14, трубопровода в виде змеевика 15, размещенного в нижней части корпуса 1, один конец которого соединен со штуцером ввода обрабатываемой жидкости 9, а другой - прямолинейный участок 16 закреплен между трубными досками 4 и 5. Каждая теплообменная труба 6, расположенная между верхней 4 и нижней 5 трубными досками в нижней части торцевой крышки 3, жестко установлена в активную излучающую накладку 17 и расположена соосно центральной оси ультразвукового преобразователя 18, имеющего центральное сквозное отверстие 19 с диаметром, равным внутреннему диаметру 20 теплообменной трубы 6, выполненной длиной L₁, равной nλ, причем нижняя 5 и верхняя 4 трубные доски лежат в минимальных зонах пучности колебаний, где n=(k+1), k=0, 1, 2, 3,..., λ-длина ультразвуковой волны.The film evaporator consists of a vertical cylindrical body 1, upper and lower end caps 2 and 3, upper 4 and lower 5 tube plates, heat transfer tubes 6, film formers 7, made in the form of tubes and installed with a gap 8 inside the upper ends of the heat transfer tubes 6, from the inlet fitting 9, the outlet 10 of the fluid to be processed, from the inlet fitting 11 and the heating steam outlet 12, from the condensate outlet fitting 13, from the secondary steam outlet fitting 14, a pipe in the form of a coil 15 located in the lower part of the housing 1, one end of which is inen with the input nozzle of the processed fluid 9, and the other is a straight section 16 is fixed between the pipe boards 4 and 5. Each heat transfer pipe 6, located between the upper 4 and lower 5 pipe boards in the lower part of the end cover 3, is rigidly installed in the active radiating plate 17 and is located coaxially with the central axis of the ultrasonic transducer 18 having a central through hole 19 with a diameter equal to the inner diameter 20 of the heat exchange pipe 6, made with a length L ₁ equal to nλ, with the lower 5 and upper 4 pipe the skeletons lie in the minimum zones of the antinode of oscillations, where n = (k + 1), k = 0, 1, 2, 3, ..., λ is the length of the ultrasonic wave.

Каждый пленкообразователь, выполненный в виде трубки 7 и расположенный в верхней части торцевой крышки 2, жестко установлен в активную излучающую накладку 21 соосно с центральной осью ультразвукового преобразователя 22, имеющего центральное сквозное отверстие 23, с диаметром, равным внутреннему диаметру 24 трубки пленкообразователя 7 и общей длиной L₂, равной (kλ), где k = 1, 2, 3,..., λ - длина ультразвуковой волны.Each foaming agent, made in the form of a tube 7 and located in the upper part of the end cover 2, is rigidly mounted in the active emitting patch 21 coaxially with the central axis of the ultrasonic transducer 22 having a central through hole 23 with a diameter equal to the inner diameter 24 of the tube of the foaming agent 7 and the total length L ₂ equal to (kλ), where k = 1, 2, 3, ..., λ is the length of the ultrasonic wave.

Каждый пленкообразователь 7 вместе с активной излучающей накладкой ультразвукового преобразователя 22 выполнен длиной L₃, равной (k+1/4)λ, где k = 1, 2, 3,..., λ - длина ультразвуковой волны. Одновременно на наружной поверхности 25 и внутренней поверхности 26 теплообменных труб 6, как и на наружной поверхности 27 и внутренней поверхности 28 пленкообразователей 7 и на внутренней поверхности отверстий ультразвукового преобразователя 18 выполнены винтовые канавки соответственно 29, 30, 31 и 32. Теплообменные трубы 6 жестко соединены с активной излучающей накладкой 17 резьбовым соединением 33. Пленкообразователи, выполненные в виде трубки 7, жестко соединены с активной излучающей накладкой 21 резьбовым соединением 34.Each film former 7 together with the active emitting lining of the ultrasonic transducer 22 is made with a length L ₃ equal to (k + 1/4) λ, where k = 1, 2, 3, ..., λ is the ultrasonic wavelength. At the same time, on the outer surface 25 and inner surface 26 of the heat transfer tubes 6, as well as on the outer surface 27 and the inner surface 28 of the film former 7 and on the inner surface of the holes of the ultrasonic transducer 18, helical grooves 29, 30, 31, and 32 are respectively made. The heat exchange tubes 6 are rigidly connected with an active radiating patch 17 by a threaded connection 33. The film former, made in the form of a tube 7, is rigidly connected to the active radiating patch 21 by a threaded connection 34.

Акустически-геометрические размеры, например, пленкообразователей 7 и ультразвуковых преобразователей 22 выполнены в два раза меньше упомянутых размеров теплообменных труб 6 и ультразвуковых преобразователей 18, а длины волн находятся в соотношении:

где λ₁ - длина ультразвуковой волны теплообменных труб;
λ₂ - длина ультразвуковой волны пленкообразователей.The acoustic-geometric dimensions of, for example, film former 7 and ultrasonic transducers 22 are made half the size of the mentioned heat transfer tubes 6 and ultrasonic transducers 18, and the wavelengths are in the ratio:

where λ ₁ is the ultrasonic wavelength of the heat exchange tubes;
λ ₂ - the ultrasonic wavelength of the film formers.

Прямолинейный участок трубопровода 16 жестко соединен трубными решетками 35, имеющими отверстия 36 с теплообменными трубами, расположенными между верхними и нижними трубными досками 4 и 5 соответственно в зонах максимальной пучности колебаний. A straight section of the pipeline 16 is rigidly connected by tube sheets 35 having openings 36 with heat exchange tubes located between the upper and lower tube boards 4 and 5, respectively, in the zones of maximum antinode.

Каждая теплообменная труба 6, снабжена втулками, выполненными в виде сепараторов с отверстиями 37 с закрепленными в них шариками 38 с развальцовкой по наружной поверхности сепаратора вокруг отверстий, имеющими возможность вращения, причем сепараторы расположены концентрично внутренней поверхности 26 и жестко закреплены на ней в зонах с максимальной пучностью колебаний. На внутренней поверхности 26 теплообменной трубы 6 жестко закреплено кольцо 39 в зоне с минимальной пучностью колебаний. Each heat exchanger pipe 6 is provided with bushings made in the form of separators with holes 37 with balls 38 fixed in them and expanded on the outer surface of the separator around holes that can be rotated, the separators being concentric with the inner surface 26 and rigidly fixed to it in areas with a maximum antinode of vibrations. On the inner surface 26 of the heat exchange pipe 6, a ring 39 is rigidly fixed in the zone with a minimum antinode.

На пленкообразователе 7 в зоне с минимальной пучностью колебаний на наружной поверхности 27 жестко закреплены радиальные ребра 40, которые опираются на кольцо 39. On the film former 7 in the zone with a minimum antinode of oscillations on the outer surface 27, radial ribs 40 are rigidly fixed, which are supported by a ring 39.

Кроме того, на торце каждой теплообменной трубы 6, как и на торце прямолинейного участка трубопровода 16 в верхней части торцевой крышки 2, жестко установлена втулка-сепаратор 41 с расположенными в ней отверстиями на торце 42 с закрепленными в них шариками 43, имеющими возможность вращения. In addition, at the end of each heat transfer pipe 6, as well as at the end of a straight section of the pipe 16 in the upper part of the end cover 2, a separator sleeve 41 with holes located therein at the end 42 with rotary balls 43 fixed therein is fixedly mounted.

Ультразвуковой преобразователь 22 состоит из активной накладки 21, пассивной накладки 44, пьезокерамических элементов 45, токоподводящих шайб 46 и 47, токоизолирующих втулок 48 и 49 и стягивающей активную 21 и пассивную 44 накладки втулки 50 с помощью резьбового соединения 51. The ultrasonic transducer 22 consists of an active plate 21, a passive plate 44, piezoceramic elements 45, current-conducting washers 46 and 47, current-insulating bushings 48 and 49 and tightening the active 21 and passive 44 plates of the sleeve 50 using a threaded connection 51.

Ультразвуковой преобразователь 18 состоит из активной накладки 17, пассивной накладки 52, пьезокерамических элементов 53, токоподводящих шайб 54 и 55, токоизолирующих втулок 56 и 57 и стягивающей активную 17 и пассивную 52 накладки втулки 58 с помощью резьбового соединения 59. The ultrasonic transducer 18 consists of an active plate 17, a passive plate 52, piezoceramic elements 53, current-conducting washers 54 and 55, current-insulating bushings 56 and 57 and tightening the active 17 and passive 52 plates of the sleeve 58 using a threaded connection 59.

Токоподводящие шайбы 46 и 47, 54 и 55 подсоединены к ультразвуковому генератору (на чертеже не показан). The current washers 46 and 47, 54 and 55 are connected to an ultrasonic generator (not shown in the drawing).

Пленочный испаритель работает следующим образом. Film evaporator operates as follows.

Через штуцер 11 в корпус 1 подается греющий пар, который частично конденсируется на наружных поверхностях теплообменных труб 6 и прямолинейном участке трубопровода 16, отдавая им тепло, а конденсат отводится через штуцер 13. Отвод отработанного пара производится через штуцер 12. Обрабатываемая жидкость подается в испаритель через штуцер 9 и далее по трубопроводу 15, погруженному в обработанную жидкость и подогреваемому ею, поступает по прямолинейному участку 16 в камеру, образованную крышкой 2 и трубной доской 4, образуя на этой доске слой определенной глубины, гидравлическое давление которого обеспечивает равномерное поступление жидкости по каждой теплообменной трубе 6. Проходя через кольцевой зазор 8, образованный пленкообразователями 7 с радиальными ребрами 40, где пленкообразователь 7 жестко установлен в активную излучающую накладку 21 соосно с центральной осью преобразователя 22, имеющего центральное сквозное отверстие 23 с диаметром, равным внутреннему диаметру 24, и теплообменными трубами 6, кольцом 39, в торцевую поверхность которого упираются ребра 40, обрабатываемая жидкость образует на внутренней поверхности 26 сплошную стекающую вниз пленку. Through the nozzle 11, heating steam is supplied to the housing 1, which partially condenses on the outer surfaces of the heat exchange tubes 6 and the straight section of the pipeline 16, giving them heat, and the condensate is discharged through the nozzle 13. The exhaust steam is discharged through the nozzle 12. The processed liquid is supplied to the evaporator through the fitting 9 and further through the pipeline 15, immersed in the treated liquid and heated by it, enters through a straight section 16 into the chamber formed by the cover 2 and the tube plate 4, forming a layer on this board to determine depth, the hydraulic pressure of which ensures a uniform flow of fluid through each heat transfer tube 6. Passing through the annular gap 8 formed by the film former 7 with radial ribs 40, where the film former 7 is rigidly mounted in the active radiating patch 21 coaxially with the central axis of the transducer 22 having a central through hole 23 with a diameter equal to the inner diameter of 24, and heat transfer tubes 6, ring 39, in the end surface of which abuts the ribs 40, the processed fluid l forms on the inner surface 26 a continuous flowing down film.

В этот момент на пьезоэлементы 45 и 33 через токоподводящие шайбы 46, 47 и 54, 55 от ультразвукового генератора подается переменное напряжение. Ультразвуковые преобразователи 18 и 22 возбуждаются, и в них создается стоячая волна. Ультразвуковые преобразователи 18 и 22 могут работать как полуволновые колебательные системы на частоте f=22 и 44 кГц с амплитудой колебаний А до 20 мкм. Объединение пассивной накладки 44 и пьезоэлементов 45, а также пассивной накладки 52 и пьезоэлементов 53 в полуволновую систему позволяет вывести источник колебаний из зоны максимальных внутренних напряжений, облегчает условия работы, снижает нагрев и повышает его эффективность. Наличие узловых плоскостей, расположенных в накладках 21 и 44, 17 и 52, позволяет удобно крепить преобразователи 18 в трубных досках 4 и 5, например, с помощью резьбовых соединений 60, а преобразователи 22 с помощью радиальных ребер 40. Как в верхней камере, так и по мере движения пленки обрабатываемой жидкости вниз по внутренней поверхности труб 6 происходит активное воздействие продольных и продольно-крутильных ультразвуковых колебаний на обрабатываемую жидкость в результате выполнения на наружной поверхности 25 и внутренней поверхности 26 теплообменных труб 6, как и на наружной поверхности 27 и внутренней поверхности 28 пленкообразователей 7 и на внутренней поверхности отверстий ультразвукового преобразователя 18, винтовых канавок 29, 30, 31 и 32. At this moment, an alternating voltage is supplied to the piezoelectric elements 45 and 33 through current-conducting washers 46, 47 and 54, 55 from the ultrasonic generator. Ultrasonic transducers 18 and 22 are excited, and a standing wave is generated in them. Ultrasonic transducers 18 and 22 can operate as half-wave oscillatory systems at a frequency f = 22 and 44 kHz with an oscillation amplitude A of up to 20 μm. The combination of the passive plate 44 and the piezoelectric elements 45, as well as the passive plate 52 and the piezoelectric elements 53 in the half-wave system allows you to remove the oscillation source from the zone of maximum internal stresses, facilitates working conditions, reduces heat and increases its efficiency. The presence of nodal planes located in the linings 21 and 44, 17 and 52, allows you to conveniently mount the transducers 18 in the tube plates 4 and 5, for example, using threaded joints 60, and the transducers 22 using radial ribs 40. As in the upper chamber, and as the film of the processed fluid moves down the inner surface of the pipes 6, the longitudinal and longitudinal-torsional ultrasonic vibrations are actively affected by the processed fluid as a result of performing heat on the outer surface 25 and inner surface 26 variables pipes 6 as the outer surface 27 and inner surface 28 of film formers 7 and the inner surface of the ultrasonic transducer 18 holes, screw grooves 29, 30, 31 and 32.

Когда прямолинейный участок трубопровода 16 жестко соединен трубными решетками 35, имеющими отверстия 36, с теплообменными трубами 6, между верхними и нижними трубными досками 4 и 5 в зонах максимальной пучности колебаний, причем теплообменные трубы 6 жестко установлены в активные излучающие накладки 17 ультразвуковых преобразователей 18, в прямолинейном участке возникают ультразвуковые автоколебания с той же частотой и амплитудой, которые воздействуют на подаваемую по прямолинейному участку трубопровода обрабатываемую жидкость и способствуют ее быстрому продвижению в верхнюю часть корпуса 1 за счет уменьшения трения о стенки прямолинейного участка и участка в виде змеевика общей длиной (n+3/4)λ, где n=(k+1), k = 0, 1, 2, 3,..., λ - длина ультразвуковой волны. Происходит активное выпаривание жидкости. When the straight section of the pipeline 16 is rigidly connected by tube sheets 35 having openings 36 with heat exchange tubes 6, between the upper and lower tube plates 4 and 5 in zones of maximum antinode, the heat exchange tubes 6 are rigidly installed in the active radiating linings 17 of the ultrasonic transducers 18, in the straight section, ultrasonic self-oscillations occur with the same frequency and amplitude, which affect the liquid being processed and delivered through the straight section of the pipeline and they advance rapidly into the upper part of the housing 1 by reducing friction against the walls of the rectilinear section and the coil section in the total length (n + 3/4) λ, where n = (k + 1), k = 0, 1, 2, 3, ..., λ is the ultrasonic wavelength. Active evaporation of the liquid occurs.

Когда обрабатываемая жидкость, стекающая по внутренней поверхности теплообменных труб 6, снабженных втулками, выполненными в виде сепараторов с отверстиями 37 с закрепленными в них шариками 38, имеющими возможность вращения, где сепараторы расположены концентрично внутренней поверхности 26, попадает на шарики 38 и на внутреннюю поверхность сепаратора, площадь поверхности контакта жидкостной пленки с окружающей средой за счет сферической поверхности увеличивается. Колебательная энергия от стенок теплообменной трубы 6 и через обрабатываемую жидкость передается шарикам, которые, вращаясь и колеблясь, создают вокруг себя дополнительные зоны, в которых происходит интенсивное воздействие на обрабатываемую жидкость акустическими течениями и кавитационными пузырьками, возникающими в ней, которые оказывают активное воздействие на ход технологического процесса, который применяется в предлагаемом испарителе, в том числе и при обработке жидкостей с различными вязкостями (имеются в виду загущенные жидкости). When the processed fluid flowing down the inner surface of the heat exchanger tubes 6, equipped with bushings made in the form of separators with holes 37 with balls 38 fixed therein, rotatable, where the separators are concentric with the inner surface 26, enters the balls 38 and the inner surface of the separator , the surface area of contact of the liquid film with the environment due to the spherical surface increases. The vibrational energy from the walls of the heat exchange pipe 6 and through the processed fluid is transmitted to the balls, which, rotating and oscillating, create additional zones around themselves, in which the acoustic fluid and cavitation bubbles arising in it, which have an active effect on the stroke, are intensively affected by the processed fluid the technological process that is used in the proposed evaporator, including the processing of liquids with various viscosities (meaning thickened liquid ti).

В мощных ультразвуковых полях, создаваемых в жидкостях, генерация высокой плотности энергии осуществляется не за счет первичного звукового поля, а вследствие вторичных эффектов, возникающих в жидкости при распространении волны конечной амплитуды. Главными из этих эффектов являются кавитация и акустические течения. Явление кавитации заключается в образовании разрывов жидкости там, где происходит местное понижение давления. Разрывы происходят в результате понижения давления в струе движущейся жидкости и причиной их являются переменные давления, создаваемые в объеме жидкости источником ультразвуковых колебаний - ультразвуковыми преобразователями 18 и 22. Поскольку время жизни пузырьков, образованных под действием космической радиации ограничено, их формирование в объеме жидкости подчиняется статистическим законам распределения, а расположение ядер непрерывно изменяется во времени и в пространстве, то наблюдать процесс образования ядер практически затруднено. Хотя теория образования кавитационных полостей из зародыша в значительной степени совершенствуется и подтверждается экспериментально, она позволяет не только качественно, но в ряде случаев и количественно оценить влияние различных свойств жидкости и параметров акустического поля на пульсации кавитационных полостей, а также правильно предугадать, как эти пульсации воздействуют на вещество при том или ином технологическом процессе обрабатываемой жидкости. In powerful ultrasonic fields created in liquids, the generation of a high energy density is carried out not due to the primary sound field, but due to secondary effects that occur in the liquid during the propagation of a wave of finite amplitude. The main of these effects are cavitation and acoustic currents. The phenomenon of cavitation is the formation of fluid ruptures where a local decrease in pressure occurs. The discontinuities occur as a result of a decrease in pressure in the moving fluid stream and are caused by pressure variables created in the volume of the liquid by the source of ultrasonic vibrations - ultrasonic transducers 18 and 22. Since the lifetime of the bubbles formed under the influence of cosmic radiation is limited, their formation in the volume of the liquid is subject to statistical distribution laws, and the arrangement of nuclei is continuously changing in time and space, then observe the process of nucleation almost Neno. Although the theory of the formation of cavitation cavities from the nucleus is significantly improved and experimentally confirmed, it allows not only qualitatively, but in some cases to quantitatively evaluate the effect of various fluid properties and acoustic field parameters on the pulsations of cavitation cavities, as well as correctly predict how these pulsations affect on the substance in a given technological process of the liquid being treated.

Аналогичный процесс воздействия акустических течений и микрокавитационного процесса на обрабатываемую жидкость происходит и в случае, когда на торце каждой теплообменной трубы 6, как и на торце прямолинейного участка трубопровода 16 в верхней части торцевой крышки 2, жестко установлены втулки-сепараторы 41 с расположенными в ней отверстиями на торце 42 и с закрепленными в них шариками 43 с возможностью вращения. A similar process of the influence of acoustic flows and microcavitation process on the liquid being processed occurs in the case when at the end of each heat transfer pipe 6, as well as at the end of a straight section of the pipe 16 in the upper part of the end cover 2, separator sleeves 41 with openings located therein are rigidly installed at the end 42 and with the balls 43 fixed therein, rotatably.

Вторичный пар из корпуса 1 испарителя удаляется через штуцер 14, а упаренная жидкость стекает с нижних концов отверстий 19 ультразвуковых преобразователей 18 и поступает в камеру, образованную нижней крышкой 3 и трубной доской 5, откуда выводится через штуцер 10. Secondary steam is removed from the evaporator body 1 through the nozzle 14, and one stripped off liquid flows from the lower ends of the holes 19 of the ultrasonic transducers 18 and enters the chamber formed by the lower cover 3 and the tube board 5, from where it is discharged through the nozzle 10.

Преимущество изобретения заключается в том, что в отличие от известных технических решений жидкость, подлежащая обработке, подвергается воздействию продольных и продольно-крутильных ультразвуковых колебаний во всех доступных к ее воздействию местах предлагаемого испарителя, в том числе и при возникновении автоколебаний в прямолинейном участке трубопровода 16, как и на торцевой поверхности втулки-сепаратора 41 с установленными в ее отверстия шариками 43, имеющими возможность вращения, что в целом позволяет расширить технологические возможности, повысить эффективность и качество обрабатываемой жидкости, в том числе и с различными вязкостями. An advantage of the invention lies in the fact that, in contrast to the known technical solutions, the liquid to be treated is exposed to longitudinal and longitudinal-torsional ultrasonic vibrations in all accessible places of the proposed evaporator, including when self-oscillations occur in a straight section of the pipeline 16, as on the end surface of the bushing-separator 41 with balls 43 installed in its holes, which are rotatable, which generally allows expanding technological possibilities ozhnosti, improve efficiency and the quality of treated water, including those with different viscosities.

Claims

1. A film evaporator containing a vertical cylindrical body, end caps, upper and lower tube boards, heat transfer tubes, film formers, made in the form of tubes, installed with a gap inside the upper ends of the heat transfer tubes, the inlet and outlet of the treated fluid, heating secondary steam and condensate , a pipe in the form of a coil located in the lower part of the housing, one end of which is connected to the inlet of the processed fluid, and the other, a straight section, is fixed between the tube plates ami, and the inlet of the processed fluid inlet is installed in the lower end cap of the evaporator, characterized in that each heat transfer tube located between the upper and lower tube boards is rigidly installed in the lower part of the end cap in the active emitting plate and is located coaxially with the central axis of each the device of ultrasonic transducers having a Central through hole with a diameter equal to the inner diameter of the heat exchanger pipe, a length equal to nλ, with the lower and upper tube boards lie in the minimum zones of the antinode of oscillations, where n = (k + 1); k = 0,1,2,3, ...; λ is the ultrasonic wavelength.

2. The film evaporator according to claim 1, characterized in that each film former, in the upper part of the end cap, is rigidly mounted in the active radiating patch coaxially with the central axis of each of the ultrasonic transducers introduced into the device having a central through hole with a diameter equal to the inner diameter film former tubes and the total length equal to (kλ), where k = 1,2,3, ...; λ is the ultrasonic wavelength.

3. The film evaporator according to claims 1 and 2, characterized in that each film former, together with the active emitting pad of the ultrasonic transducer, is made with a total length equal to (k + 1/4) λ, where k = 1,2,3, ...; λ is the ultrasonic wavelength.

4. The film evaporator according to claims 1 to 3, characterized in that on the outer and inner surfaces of the heat exchange tubes and film former, as well as on the inner surface of the holes of the ultrasonic transducers, helical grooves are made.

5. The film evaporator according to claims 1 to 4, characterized in that the acoustic-geometric dimensions of, for example, film-forming agents are two times smaller than the mentioned dimensions of the heat transfer tubes, including wavelengths, in the ratio λ ₂ = λ _1/2 , where λ ₁ - the ultrasonic wavelength of the heat transfer pipe; λ ₂ - the length of the ultrasonic wave of the film former.

6. The film evaporator according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that each heat exchanger tube is equipped with bushings made in the form of separators with holes, with balls fixed therein that are rotatable, the separators being aligned with the heat exchange tubes and fixed to their inner surface in zones of maximum antinode of vibrations.

7. The film evaporator according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that at the end of each heat transfer pipe and a straight section of the pipeline in the upper part of the end cover, a separator sleeve is rigidly mounted with holes located in it at the end, in which balls are rotatable.